JPH07153748A - 灰化処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平面密度が均一なプラズマを発生させ、処理
すべきウェーハの全面にラジカルを一様に照射すること
により、レジスト残渣やウェーハのイオンダメージを一
層低減することが出来る灰化処理装置を提供する。 【構成】 減圧可能に構成されたチャンバー（３）と、
当該チャンバーの上部に接続されたガス導入路（６）
と、チャンバー（３）の外周側に配設された高周波共振
コイル（５）と、チャンバー（３）と連続的に設けられ
た処理室（８）と、当該処理室内に設けられたウェーハ
ホルダー（１０）と、処理室（８）の下部に接続された
ガス排出路（１４）と、複数のスリットが設けられたシ
ールド部材（４）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、灰化処理装置に関する
ものであり、詳しくは、平面密度が均一なプラズマを発
生させ、処理すべきウェーハにラジカルを一様に照射す
ることにより、レジストの残渣やウェーハのイオンダメ
ージを一層低減することが出来る灰化処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイス等の製造におい
ては、フォトレジストをウェーハ表面に塗布した後、フ
ォトマスクに描かれたパターンを転写してウェーハ表面
にレジストパターンを形成し、次いで、レジストパター
ンに従い、ウェーハ表面を選択的にエッチングして微細
パターンを形成したり、埋め込み電極を作成する際に必
要な不純物を選択的に注入するなどの操作を行う。そし
て、使用済みのレジストを通常は酸素プラズマによって
灰化除去する。

【０００３】ところで、近時、デバイスの高集積化と微
細化に伴い、異方性プラズマエッチングや高濃度イオン
注入が広く実施される。異方性プラズマエッチング等を
行った場合、ウェーハ表面に塗布されたレジストは、加
速されたイオンの照射により、強固に重合した炭素化合
物に変成するため、従来の酸素プラズマによる灰化処理
では十分に除去することが難しく、レジストの残渣が汚
染源となってパターン欠陥が発生することがある。

【０００４】そこで、灰化処理を行う際、水素または水
を添加した酸素のプラズマを用い、炭素化の進行したレ
ジスト表面の変質層を水素添加反応によって水素化物に
戻して灰化する方法や、ウェーハにバイアス電圧を印加
し、照射する酸素プラズマ中のイオンを加速してスパッ
タリング効果により変質層を除去する方法などが適宜に
実施される。斯かる灰化処理においては、均一なプラズ
マを発生させるプラズマ源、バイアス電圧を高精度に制
御し得る印加手段、ウェーハ温度の精密な制御手段、お
よび、不純物汚染のないウェーハホルダーやウェーハハ
ンドリング機構などが重要な要素となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】灰化処理における上記
の各要素の中、プラズマ源は特に重要であり、例えば、
プラズマの照射平面に対する密度分布にバラツキがある
場合、レジスト表面における高密度のプラズマ領域に相
当する部分と低密度のプラズマ領域に相当する部分との
灰化速度の相違から、レジストを完全に除去した際に高
密度領域に相当する部分では必要以上にイオンに曝され
てダメージが発生するという問題がある。また、発生し
たプラズマの流れによっては、周囲の部材がスパッタリ
ングされるため、装置の寿命の低下と共に、その成分が
プラズマ中に混入してウェーハを汚染するという問題も
ある。

【０００６】本発明は、プラズマ源を含むチャンバー構
成材料におけるスパッタリングを防止し且つ高密度のプ
ラズマを発生させる観点から、高周波共振コイルを使用
してプラズマを発生させる枚様式のプラズマ灰化処理装
置を種々検討の結果見出されたものであり、その目的
は、平面密度が均一なプラズマを発生させ、処理すべき
ウェーハにラジカルを一様に照射することにより、レジ
ストの残渣やウェーハのイオンダメージを一層低減する
ことが出来る改良された灰化処理装置を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の灰化処理装置においては、ウェーハの表面
に塗布されたレジストをプラズマによって灰化処理する
装置であって、略円筒状に形成され且つ内部を減圧可能
に構成されたチャンバーと、当該チャンバーの上部に接
続されたガス導入路と、前記チャンバーの外周側に配設
された高周波共振コイルと、前記チャンバーの下方に当
該チャンバーと連続的に設けられた処理室と、当該処理
室内に設けられ且つウェーハを略水平に保持するウェー
ハホルダーと、前記処理室の下部に接続されたガス排出
路とを備え、前記高周波共振コイルと前記チャンバーと
の間には、円筒状に形成され且つその軸線と平行に複数
のスリットが設けられて前記高周波共振コイルの電界成
分を遮蔽するシールド部材が介装されていることを特徴
とする。

【０００８】

【作用】上記のシールド部材は、高周波共振コイルに高
周波電力が供給された際、高周波共振コイルの電界成分
を遮蔽し、チャンバーに対してその軸線方向の磁界成分
を印加させてプラズマを発生させる。従って、発生した
プラズマは、チャンバー内における平面密度が均一とな
り、ウェーハの表面にラジカルが一様に照射される。し
かも、プラズマ中のイオンが電界の影響を受けないから
チャンバー内壁へ向けて加速されることがなく、チャン
バーの周壁に損傷を与えることがない。

【０００９】

【実施例】本発明に係る灰化処理装置の実施例を添付図
面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る灰化処理
装置の一実施例を示す側面図である。図２は、ウェハー
ホルダーブロックの外周側に配設された多孔板の一例を
示す平面図である。図３は、本発明に係る灰化処理装置
を含む処理系を示す平面配置図である。

【００１０】本発明の灰化処理装置（Ａ１）は、図１に
示されるように、ウェーハ（Ｗ）の表面に塗布されたレ
ジストをプラズマによって灰化処理する枚様式の装置で
あって、略円筒状に形成され且つ内部を減圧可能に構成
されたチャンバー（３）と、当該チャンバーの上部に接
続されたガス導入路（６）と、チャンバー（３）の外周
側に配設された高周波共振コイル（５）と、チャンバー
（３）の下方に当該チャンバーと連続的に設けられた処
理室（８）と、当該処理室内に設けられ且つウェーハ
（Ｗ）を略水平に保持するウェーハホルダー（１０）
と、処理室（８）の下部に設けられたガス排出路（１
４）とを備えており、高周波共振コイル（５）とチャン
バー（３）との間には、円筒状に形成され且つその軸線
と平行に複数のスリットが設けられて高周波共振コイル
（５）の電界成分を遮蔽するシールド部材（４）が介装
されている。

【００１１】本発明の灰化処理装置（Ａ１）は、少なく
とも水平なベースを備えた適宜の架台（１）を利用して
組み立てられる。チャンバー（３）は、通常、高純度の
石英硝子にて形成され、そして、その軸線を鉛直方向に
向けて架台（１）のベース上に搭載される。チャンバー
（３）は外観的には各種の態様とすることが出来るが、
少なくともその底面が開放され、そして、僅かに拡径さ
れた底面周縁を当該チャンバーに外嵌するフランジ
（７）によって係止される。

【００１２】図１中に示されるチャンバー（３）は、例
えば、頂部が略ドーム状に形成され、プラズマ用ガスを
導入するための細管が頂部の中央に一体的に設けられ
る。そして、斯かる細管にガス導入路（６）が接続され
る。ガス導入路（６）は、プラズマ用ガスを適当な流量
で供給し得る、各種ガス容器を含むガス供給装置に通じ
る。

【００１３】本発明の灰化処理装置（Ａ１）は、コイル
を使用した高周波無極放電のプラズマ装置の一態様であ
り、高周波共振コイル（５）は、印加する電力や磁界強
度または装置の外形などを勘案し、例えば、０．０１〜
１０ガウス程度の磁場を発生し得る様に、５０〜３００
mm² の有効太さであって且つ２００〜４５０mmのコイル
直径とされ、チャンバー（３）の外周側に２〜６０回程
度巻回される。斯かる高周波共振コイル（５）は、複数
のサポートによって支持され、これらのサポートは、樹
脂などの絶縁性材料から平板状に形成され且つ上記フラ
ンジ（７）の上端面に鉛直方向に立設されている。

【００１４】また、高周波共振コイル（５）は、共振モ
ードにより、その一端または両端が後述する外部シール
ド（２）に接続される。そして、高周波共振コイル
（５）の適宜の位置に高周波電源へ接続するためのタッ
プが設けられる。斯かるタップの位置は、高周波共振コ
イル（５）と高周波電源の共振特性が略等しくなるよう
に調整可能とされる。図１中には図示しないが、高周波
電源としては、高周波発生器および増幅器を含み、通
常、１〜１００ＭHz程度の高周波電力を１〜５ＫＷ程度
で供給することの出来る電源装置が使用される。

【００１５】高周波共振コイル（５）の外周側には、当
該高周波共振コイルによって発生する電界を遮蔽するた
め、通常はアルミニウム等の導電性材料にて円筒状に形
成された外部シールド（２）が配置される。高周波共振
コイル（５）の共振は、通常、１／４波長または１／２
波長の共振モードが選択され、当該高周波共振コイルの
一端は、電気的に接地された外部シールド（２）に対
し、整合コンデンサーを介して接続される。

【００１６】本発明の灰化処理装置（Ａ１）において
は、高周波共振コイル（５）の磁界成分によってチャン
バー（３）内のガスを励起するため、高周波共振コイル
（５）とチャンバー（３）との間にシールド部材（４）
が介装される。シールド部材（４）は、アルミニウム等
の導電性材料にて円筒状に形成され、且つ、チャンバー
（３）の外周面から所定間隙を隔てて当該チャンバーと
同心状に配置し得る程度の直径とされる。そして、上記
フランジ（７）の端面上に搭載されて外部シールド
（２）の上蓋側に係止される。シールド部材（４）のス
リットは、２〜１０mmの間隙とされ、例えば、当該シー
ルド部材の周方向に５〜１００mmのピッチで設けられ
る。なお、シールド部材（４）は、外部シールド（２）
を介して電気的に接地される。

【００１７】ウェーハ（Ｗ）が装填される処理室（８）
は、短軸の略有底円筒状に形成され、架台（１）の水平
なベースの下面に吊持される。斯かる処理室（８）は、
架台（１）に形成された開口部（１ｃ）及び当該処理室
の天板に形成された開口部（８ｃ）を通じ、チャンバー
（３）の開口底面に連続する。また、処理室（８）の周
面にはゲートバルブ（１５）が備えられ、ウェーハ
（Ｗ）の装填および排出はゲートバルブ（１５）を通じ
て行うように構成される。

【００１８】ウェーハホルダー（１０）は、短軸円柱状
に形成され且つその上端面にウェーハ（Ｗ）が搭載され
るホルダーブロック（１１ａ）と、当該ホルダーブロッ
クを支持する支柱（１１ｂ）とから構成される。ウェー
ハホルダー（１０）のホルダーブロック（１１ａ）は、
一般に使用される電磁チャックを備えている。支柱（１
１ｂ）はステー（１２）上に立設され、処理室（８）の
底板に設けられた開口部（８ｐ）に摺動自在に挿通され
る。ステー（１２）は、正逆回転可能なサーボモーター
等の駆動手段（図示せず）に付設されたボールネジ（１
３）によって昇降可能に構成され、そして、ホルダーブ
ロック（１１ａ）は、処理室（８）内から開口部（８
ｃ）、（１ｃ）を経てチャンバー（３）の略底面に至る
位置の間を昇降するように構成される。また、ホルダー
ブロック（１１ａ）の下端面と処理室（８）の底板との
間には、処理室（８）内を常時外部から遮断するための
伸縮自在なベローズが介装される。

【００１９】ガス排出路（１４）は、処理室（８）にお
いて、上記ウェーハホルダー（１０）よりも下方に接続
されていればよく、通常は処理室（８）の底板に接続さ
れる。ガス排出路（１４）は、真空ポンプを含む排気装
置に接続され、そして、チャンバー（３）及び処理室
（８）の内部は、当該処理室の底板に設けられた孔（８
ｅ）、ガス排出路（１４）を通じて減圧可能に構成され
る。

【００２０】上記の灰化処理装置（Ａ１）は、通常、図
３に例示される灰化処理系において使用される。斯かる
灰化処理系において、灰化処理装置（Ａ１）には、当該
灰化処理装置内の真空度を保持するため、内部が常に灰
化処理装置（Ａ１）と同様の環境とされるロードロック
チャンバー（Ａ２）が上記ゲートバルブ（１５）を介し
て接続される。更に、図示されるように、ロードロック
チャンバー（Ａ２）には、ウェーハ（Ｗ）の効率的な出
し入れを行うため、当該ロードロックチャンバーと同様
の環境とし得る、少なくとも一対のプレ・ロードチャン
バー（Ａ３）がゲートバルブ（２５）を介して接続され
ていてもよい。

【００２１】これらの灰化処理装置（Ａ１）、ロードロ
ックチャンバー（Ａ２）及びプレ・ロードチャンバー
（Ａ３）は、各々、ガス排出路（配管）（１６）、（２
６）、（３６）を介して各種ガス容器を含むガス供給装
置（Ｄ２）に接続され、また、ガス導入路（配管）（１
４）、（２４）、（３４）を介して真空ポンプを含む排
気装置（Ｄ１）に接続される。

【００２２】また、プレ・ロードチャンバー（Ａ３）の
近傍には、ウェーハカセット（Ｃ１）からウェーハ
（Ｗ）を取り出し、ゲートバルブ（３５）を通じてプレ
・ロードチャンバー（Ａ３）に供給し、且つ、プレ・ロ
ードチャンバー（Ａ３）からウェーハ（Ｗ）を取り出し
てウェーハカセット（Ｃ１）へ戻すフィーダー（Ｂ１）
が配置される。なお、符号（Ｅ１）は、上記の高周波共
振コイル（５）へ電力を供給する高周波電源、符号（Ｅ
２）は、当該灰化処理系の全体を制御する制御装置であ
り、制御装置（Ｅ２）は、ウェーハホルダー（１０）の
バイアス電位や温度の制御回路も含む。

【００２３】次に、本発明の灰化処理装置（Ａ１）にお
ける灰化処理方法を説明する。先ず、図１に示す灰化処
理装置（Ａ１）の処理室（８）内には、上記のプレ・ロ
ードチャンバー（Ａ３）及びロードロックチャンバー
（Ａ２）を通じ、レジストの塗布されたウェーハ（Ｗ）
が装填されてウェーハホルダー（１０）上に保持され
る。そして、図３に示される排気装置（Ｄ１）の駆動に
より、ガス排出路（１４）を通じて脱気され、チャンバ
ー（３）及び処理室（８）の内部が例えば１０〜２００
ミリトールまで減圧される。

【００２４】次いで、ガス供給装置（Ｄ２）及び高周波
電源（Ｅ１）を作動させる。その場合、チャンバー
（３）内の真空度を例えば５０ミリトール〜１０トール
に維持しつつ、ガス供給装置（Ｄ２）からの流量や排気
装置（Ｄ１）の排気量を適宜に調整して酸素等のプラズ
マ用ガスを供給する。そして、高周波共振コイル（５）
に高周波電力を印加し、高周波共振コイル（５）の周囲
に電界と磁界を発生させる。

【００２５】その際、本発明の灰化処理装置（Ａ１）に
おいて、高周波共振コイル（５）とチャンバー（３）と
の間には、複数のスリットが設けられたシールド部材
（４）が介装されており、斯かるシールド部材（４）
は、高周波共振コイル（５）の電界成分を遮蔽し、チャ
ンバー（３）に対してその軸線方向の磁界成分を印加さ
せる。これにより、チャンバー（３）内に供給された気
体がプラズマ化される。

【００２６】発生したプラズマにおいては、シールド部
材（４）が電界を遮蔽するため、チャンバー（３）の周
壁近傍にてその密度が高くなることはなく、チャンバー
（３）内における平面密度が均一な分布を形成する。し
かも、シールド部材（４）によってプラズマ中のイオン
がチャンバー（３）内に保持されるため、処理室（８）
の下部に接続されたガス排出路（１４）へ向けてプラズ
マ中のラジカルのみが流下させられ、そして、ウェーハ
ホルダー（１０）上に水平に保持されたウェーハの表面
に一様に照射される。従って、ウェーハ（Ｗ）表面のレ
ジストを均一に灰化することが出来、その結果、レジス
トの残渣を一層低減することが出来る。しかも、ウェー
ハ（Ｗ）がプラズマ中のイオンマに曝されてダメージが
発生するという問題もない。

【００２７】更に、チャンバー（３）内で発生したプラ
ズマにおいては、シールド部材（４）によって容量結合
（Ｃ結合）を排除されているため、電位差が生じること
がない。従って、プラズマ中のイオンが加速されてチャ
ンバー（３）の周壁へ対するスパッタリングがなく、チ
ャンバー（３）の周壁に損傷を与えることもない。その
結果、装置の寿命を向上させることが出来、しかも、装
置を構成するチャンバー（３）等の部材成分がプラズマ
中に混入してウェーハ（Ｗ）を汚染するという不具合も
防止し得る。

【００２８】上記の灰化処理においては、通常、レーザ
ー干渉計などを使用してウェーハ（Ｗ）表面の灰化状態
が監視され、そして、灰化処理を終えたウェーハ（Ｗ）
は、再びロードロックチャンバー（Ａ２）及びプレ・ロ
ードチャンバー（Ａ３）を介して灰化処理装置（Ａ１）
の処理室（８）から排出される。

【００２９】ところで、本発明の灰化処理装置（Ａ１）
においては、プラズマ用ガスの種類や流量、磁界強度と
いった処理条件の他、チャンバー（３）内におけるラジ
カルの流れ、ウェーハ（Ｗ）のバイアス電位、ウェーハ
（Ｗ）の温度などの種々の条件を制御することによって
一層好適な灰化処理を行うことが出来る。以下、これら
の処理条件を制御するための本発明の好ましい態様を例
示する。

【００３０】本発明の好ましい第１の態様は、図１、図
２に示されるように、灰化処理装置（Ａ１）の上記の構
成において、処理室には、ウェハーホルダー（１０）の
外周側に位置して当該処理室を上下に仕切る多孔板
（９）が配置される。多孔板（９）に開口された孔（９
ｃ）は、通常、３〜３０ミリの直径とされ、ウェハーホ
ルダー（１０）の周方向に沿って略均等に配置される。
斯かる多孔板（９）を配置した場合には、ガス排気路
（１４）に吸引されるラジカルの流れを均一に分散させ
ることが出来、ウェーハ（Ｗ）表面のレジストを一層均
一に灰化することが出来る。

【００３１】本発明の好ましい第２の態様は、灰化処理
装置（Ａ１）の上記の各構成において、ウェーハホルダ
ー（１０）は、処理室（8)から電気的に絶縁され、そし
て、バイアス電源に接続されて適宜の電位に調整し得る
ように構成される。具体的には、図１に示されるよう
に、ウェーハホルダー（１０）の支柱（１１ｂ）が適当
な絶縁材を介してステー（１２）上に立設されるか、ま
たは、図示しないが、ウェーハホルダー（１０）を構成
するホルダーブロック（１１ａ）において、少なくとも
ウェーハ（Ｗ）との接触面（搭載面）がブロック内部か
ら絶縁されてバイアス電極に構成されていればよい。こ
れにより、除去すべきレジストの状況によっては、ウェ
ーハ（Ｗ）の電位を制御してイオンを加速し、スパッタ
リング効果により灰化速度を高めることで効率的な処理
を行うことが出来る。

【００３２】本発明の好ましい第３の態様は、灰化処理
装置（Ａ１）の上記の構成において、ウェーハホルダー
（１０）のホルダーブロック（１１ａ）には、イオンを
照射した際に損傷を受けることがなく且つその材料成分
が飛散することがないように、ウェーハ（Ｗ）によって
覆われない上端面の周縁部付近および周面に対し、石英
硝子から成る保護リング（１０ｒ）が付設される。斯か
る保護リング（１０ｒ）を付設した場合、ホルダーブロ
ック（１１ａ）がプラズマ中のイオンに曝されてスパッ
タリングされることがなく、装置の寿命を向上し得ると
共に、ウェーハ（Ｗ）の汚染防止に一層効果的である。

【００３３】本発明の好ましい第４の態様は、灰化処理
装置（Ａ１）の上記の各構成において、ホルダーブロッ
ク（１１ａ）には、保持したウェーハ（Ｗ）を適宜に昇
温するため、加熱手段が設けられるのが好ましい。加熱
手段は、例えば、シースヒーター、セラミックヒーター
プレート、フィルムヒーター等各種のヒーターをホルダ
ーブロック（１１ａ）の上端面近傍に埋設して構成され
る。そして、ホルダーブロック（１１ａ）の上端面直下
の中央には、サーミスタ等の測温センサーが埋設され
る。これにより、ウェーハ（Ｗ）の温度を高めて反応を
促進し、処理効率を向上させることが出来る。

【００３４】また、上記の加熱手段を設ける場合、ホル
ダーブロック（１１ａ）には、加熱手段の下方に冷却手
段が付設されるのがよい。冷却手段としては、低温の空
気、窒素などのガスや冷却水、液化ガスが循環するコイ
ルを使用することが出来、斯かるコイルはホルダーブロ
ック（１１ａ）内に埋設される。上記の加熱手段に加え
て冷却手段を付設した場合、ウェーハ（Ｗ）の温度を高
めるだけでなく、ウェーハ（Ｗ）の温度制御を行う際に
迅速な応答を得ることが出来る。

【００３５】更に、上記コイルを使用する場合には、上
記の各種ヒーターに代えて、斯かるコイルを加熱手段と
しても利用することが出来る。その場合、コイルには加
温した液体が循環される。コイルを加熱および冷却手段
の双方に使用した場合には、ウェーハ（Ｗ）の温度制御
を行う際に一層迅速な応答を得ることが出来る。

【００３６】本発明の灰化処理装置（Ａ１）は、電界成
分を遮蔽することによって平面密度が均一なプラズマを
発生させるため、高周波無極放電を利用した従来のプラ
ズマ装置に比べ、意外にも、例えば３トール〜３０トー
ルという低い真空度によって灰化処理を行うことが出来
る。その結果、異方性プラズマエッチングや高濃度イオ
ン注入を行ったウェーハ（Ｗ）に対し、プラズマ密度を
容易に高めることも出来、効率的な処理が可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の灰化処理
装置によれば、平面密度が均一なプラズマを発生させ、
処理すべきウェーハの全面にラジカルを一様に照射する
ことにより、レジストの残渣やウェーハのイオンダメー
ジを一層低減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る灰化処理装置の一実施例を示す側
面図である。

【図２】ウェハーホルダーブロックの外周側に配設され
た多孔板の一例を示す平面図である。

【図３】本発明に係る灰化処理装置を含む処理系を示す
平面配置図である。

【符号の説明】

４：シールド部材 ３：チャンバー ５：高周波共振コイル ６：ガス導入路 ８：処理室 １０：ウェーハホルダー １４：ガス排出路 Ａ１：灰化処理装置 Ｗ：ウェーハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの表面に塗布されたレジストを
   プラズマによって灰化処理する装置であって、略円筒状
   に形成され且つ内部を減圧可能に構成されたチャンバー
   と、当該チャンバーの上部に接続されたガス導入路と、
   前記チャンバーの外周側に配設された高周波共振コイル
   と、前記チャンバーの下方に当該チャンバーと連続的に
   設けられた処理室と、当該処理室内に設けられ且つウェ
   ーハを略水平に保持するウェーハホルダーと、前記処理
   室の下部に接続されたガス排出路とを備え、前記高周波
   共振コイルと前記チャンバーとの間には、円筒状に形成
   され且つその軸線と平行に複数のスリットが設けられて
   前記高周波共振コイルの電界成分を遮蔽するシールド部
   材が介装されていることを特徴とする灰化処理装置。